Frammentazione del DNA Spermatico

L’acido desossiribonucleico (DNA) è una molecola che contiene informazione genetica utile per lo sviluppo e funzionamento degli organismi ed è presente in tutte le cellule umane, ad eccezione dei globuli rossi.

Nel caso dello spermatozoo umano, le informazioni genetiche si conservano nella testa e per mantenerle in uno spazio così piccolo è necessario effettuare meccanismi sofisticati che richiedono la sostituzione di varie molecole (in particolare, le istone sono sostituite da protamine). In questo modo, si ottiene un DNA altamente condensato, facile da proteggere e da trasportare.

Negli ultimi anni, è cresciuto l’interesse per l’integrità del DNA degli spermatozoi e il suo ruolo nei casi di sterilità in cui frequentemente manifestano valori di qualità nella norma. Difatti, si è cercato di presentare questo parametro come un nuovo strumento per pronosticare la capacità riproduttiva dell’uomo e approfondire, assieme allo spermiogramma convenzionale, lo studio del fattore maschile.

Come avviene la frammentazione del DNA spermatico?

Durante la formazione degli spermatozoi –spermatogenesi-, si possono verificare fratture nella catena del DNA. Inoltre, gli spermatozoi possono accumulare problemi nel proprio DNA durante la maturazione e la conservazione nell’epididimo prima dell’eiaculazione. Nei casi di età avanzata nell’uomo, queste patologie a livello organico dell’apparato riproduttore (varicocele, tumore testicolare, leucospermia, etc.), e le abitudini tossiche potrebbero danneggiare il DNA a causa di una produzione eccessiva di specie reattive di ossigeno (ROS) o una riduzione degli antiossidanti seminali.

Quali tecniche diagnosticano la frammentazione spermatica?

Esistono diverse tecniche in grado di analizzare la frammentazione del DNA negli spermatozoi, sebbene presentino differenze fondamentali in quanto alla sensibilità e al tipo di danno che riescono a rilevare. Le principali tecniche utilizzate sono:

• Test COMET: nel caso in cui esistano piccole porzioni di DNA frammentato, il campione presenta un’immagine simile alla coda di un aquilone. È una tecnica sensibile capace di rilevare piccoli livelli di DNA danneggiato e che non richiede un’elevata quantità di cellule, ma non è in grado di discernere tra rotture di catena semplice o doppia.

• SCSA seminale: il DNA danneggiato è più vulnerabile al calore e alla denaturalizzazione acida rispetto agli spermatozoi intatti. Uno dei vantaggi è che si può analizzare un gran numero di cellule per citometria a flusso. Purtroppo, solo può rilevare la frammentazione semplice e rappresenta un metodo di analisi indiretto che richiede un’esposizione previa a condizioni acide.

• TUNEL seminale: La tecnica TUNEL si basa sul rilevamento reale di frammenti di DNA sia semplici che doppi in cui il segnale aumenta a seconda del grado di frammentazione. L’analisi avviene soggettivamente con un microscopio fluorescente o oggettivamente con citometria a flusso.

• SCD: il test Sperm Chromatin Dispersion (SCD) stima il livello di frammentazione del DNA indirettamente mediante la quantificazione della dispersione nucleare presente nel campione. Si tratta di un kit commerciale veloce, ma con un elevato grado di soggettività.

In quali casi si consiglia di effettuare uno studio della frammentazione del DNA spermatico?

L’integrità del materiale genetico degli spermatozoi è considerata vitale per una fecondazione normale, uno sviluppo embrionale adeguato e per ottenere un corretto annidamento e gravidanza, sia nella riproduzione naturale che assistita. Difatti, la frammentazione di catena semplice prevede diversi punti di rottura in tutte le regioni del genoma ed è legato allo stress ossidativo, per cui in ambito riproduttivo ostacolerebbe la gravidanza clinica e, di conseguenza, incrementerebbe il tempo necessario per il concepimento. Le frammentazioni di catena doppia del DNA invece sono legate alla mancata riparazione del DNA nella meiosi cellulare e incrementano il rischio di aborto spontaneo, bassa qualità embrionale ed errore di annidamento nei trattamenti [1].

Il grado e il tipo di danno nel DNA potrebbero alterare i risultati riproduttivi stando agli studi che dimostrano che i campioni degli uomini infertili presentano una frammentazione del DNA maggiore rispetto alle persone fertili [2].

Quali sono i valori corretti di frammentazione del DNA spermatico?

Attualmente, non vi è un consenso globale rispetto al valore massimo di riferimento del livello di frammentazione del DNA spermatico per stabilire il potenziale di fertilità di un uomo. Difatti, sono stati proposti vari valori discriminanti in base a diversi studi che si occupano dell’integrità di questo materiale genetico. Ad esempio, TUNEL richiede valori inferiori al 20% in seme fresco e inferiori al 15% in seme capacitato per poter considerare nella norma il campione, mentre la tecnica SCSA richiede un valore inferiore al 30%.

È possibile migliorare la frammentazione del DNA spermatico?

Il trattamento terapeutico per ridurre la frammentazione del DNA in caso di infertilità maschile richiederebbe la somministrazione di antiossidanti orali, l’eliminazione di abitudini tossiche (fumo, alcol, droghe, ecc.) e di fattori ambientali (esposizione a pesticidi, inquinamento, ecc.) che aumentano le ROS.

Nel caso di un trattamento FIV, sarebbe imprescindibile una selezione spermatica precisa ed efficiente per utilizzare solo gli spermatozoi privi di materiale genetico danneggiato mediante: colonne di Anexina V (MACS), chip di microfluídica, ecc. Inoltre, esistono studi che offrono la possibilità di ottenere spermatozoi direttamente dal testicolo (TESA) danneggiando meno il DNA rispetto a quelli eiaculati.

R+S+I dell’Instituto Bernabeu: studi sulla frammentazione del DNA

Considerando che questo parametro rappresenta un argomento di interesse la cui controversia è stata dibattuta in diverse occasioni, nel nostro centro è stato sviluppato un progetto di ricerca per approfondire le conoscenze sull’impatto della frammentazione del DNA spermatico.

Questo studio ha cercato di analizzare se l’indice di frammentazione mediante TUNEL dello stesso campione seminale usato nel ciclo di fecondazione in vitro potrebbe avere un effetto negativo sul tasso di fecondazione, sulla qualità embrionale e sui risultati clinici, a seconda della qualità dell’ovocita femminile in 3 gruppi di pazienti: 67 con risposta ovarica nella norma, 150 con bassa risposta ovarica e 113 con trattamento di ovodonazione. Infine, si è giunti alla conclusione che i risultati del trattamento di riproduzione assistita non venivano alterati dalla frammentazione del DNA spermatico, indipendentemente dall’indice di frammentazione e l’origine degli ovociti.

Questo lavoro è stato pubblicato sulla rivista della Società Britannica di Fertilità, Human Fertility, intitolato “Sperm DNA fragmentation on the day of fertilisation is not associated with assisted reproductive technique outcome independently of gamete quality” ed è disponibile sul sito web dell’Instituto Bernabeu.

Riferimenti bibliografici:

1. Ribas-Maynou J, Benet J. Single and Double Strand Sperm DNA Damage: Different Reproductive Effects on Male Fertility. Genes. 2019;10(2):105.

2. Saleh RA, Agarwal A, Nelso DR, Nada EA, El-Tonsy MH, Alvarez JG et al. Increased sperm nuclear ADN damage in normozoospermic infertile men: a prospective study. Fertil Steril. 2002;78(2):313–318.

Ángel Linares, embriologo presso l’Instituto Bernabeu